【正文】 PROFIBUSDP主從站的通信及組態(tài) PROFIBUSDP主從站通信的介紹 PROFIBUSDP在整個 PRO。本文中把主站數(shù)據(jù)通過 SFCl5發(fā)送并存放在從站中的如下地址： IBl00IB10(QBl00QBl09)[31]。 數(shù)據(jù)通信部分程序編寫 在本項(xiàng)目的設(shè)計中有一個 S7DP主站 (CPU3152DP)和一個 DP從站 (CPU313C2DP)，主從站通過系統(tǒng)功能 SFCl4和 SFCl5來傳送 I/O數(shù)據(jù)，且從站的連續(xù)輸入和輸出的數(shù)據(jù)區(qū)分別為 10個字節(jié)長， DP通信的媒介通過連接 CPU上的 DP口或 S7300上的 CP模塊 (CP3425)來完成。 28 DP 從站數(shù)據(jù)的寫入 系統(tǒng)功能塊 SFCl5“ DPWR_DAT” 把 RECORD指定的連續(xù)數(shù)據(jù)傳送給 DP從站，在傳送數(shù)據(jù)時需要依據(jù) CPU型號來決定數(shù)據(jù)的長度，且還需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行同步傳輸?shù)?，?SFC執(zhí)行結(jié)束時，寫工作也就結(jié)束， SFCl5“ DPWR_DAT” 的參數(shù)見表 34 [25]。 DP 從站數(shù)據(jù)的讀取 系統(tǒng)功能 SFCl4“ DPRD_DAT” 可以讀取多個 DP標(biāo)準(zhǔn)從站的連續(xù)數(shù)據(jù)，最大長度與 CPU的型號有關(guān)，其參數(shù)見表 33，如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)沒有出現(xiàn)錯誤，則把這些數(shù)據(jù)讀出后存放在參數(shù) RECORD指定的目的數(shù)據(jù)區(qū)，作為地址指針使用的參數(shù) LADDR指向從站中需要讀取的輸入映像區(qū)的起始地址，如果從站的結(jié)構(gòu)是模塊式類型的站則每次只能對一個模塊進(jìn)行訪問 [25]。主從站之 26 間數(shù)據(jù)傳輸時，系統(tǒng)傳動參數(shù)的設(shè)置如下： P053=3 參數(shù)使能 P918=3 從站地址 =3001 控制字 pzd1 =3002 主給定 pzd2 =968 狀態(tài)字 pzd1 =218 實(shí)際值 pzd2 按照主站規(guī)定的算法，主站與從站循環(huán)地進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)交換。 基于 PROFIBUSDP的紙機(jī)電氣傳動數(shù)據(jù)的傳輸 根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)場總線在造紙行業(yè)中的應(yīng)用情況和 Profibus總線應(yīng)用技術(shù)的特點(diǎn)，以及控制設(shè)備對總線協(xié)議的支持狀況，紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)選用德國西門子公司倡導(dǎo) Profibus總線協(xié)議，從底層 (傳感器 /執(zhí)行器級 )到中層 (單元級 )的分布式及數(shù)字現(xiàn)場可編程控制器都可以通過該協(xié)議進(jìn)行各自的連網(wǎng) 【 9】【 12】 。 從站 地址 9從站地址5 從站 地址 4只能從站 地址 2主站（1類 ） 地址 12類主 站 地址 3主站（1類 ） 地址 6邏輯令牌環(huán) 圖 310 ProfibusDP系統(tǒng)實(shí)例 為了使主從站可以自檢，待上電后需要使其處于 Offline狀態(tài)，然后把相應(yīng)的總線參數(shù)集和診斷響應(yīng)信息分別加載到主站和從站上，當(dāng)初始化主從站的參數(shù)后，主站就可以立即執(zhí)行監(jiān)聽總線的令牌并可以對從站設(shè)置相關(guān)的參數(shù)。 PROFIBUSDP 系統(tǒng)的工作過程 本文以多主從站組成的 PROFIBUS． DP系統(tǒng)為例介紹其工作過程，如圖 310所示，該系統(tǒng)包括： 2個 1類主站、 1個 2類主站、和 4個從站， 2和 4號從站受控于 l號主站， 5和 9號從站受控于 6號主站，在獲取令牌后，主站才可以對相應(yīng)的從站進(jìn)行交換數(shù)據(jù)， 2類主站通過對用戶的設(shè)置來管理和監(jiān)控 l類主站或從站嘲。 總線主站（3類） 地址6主站（2類） 地址3主站（1類） 地址1 圖 39純主一主系統(tǒng)中令牌傳遞的過程 (2)主一從數(shù)據(jù)的通信過程 在 DP總線系統(tǒng)中僅含有只有一個主站的邏輯令 牌環(huán)同時又有數(shù)個從站的系統(tǒng)稱為純主 從系統(tǒng)。 在系統(tǒng)未進(jìn)行任何參數(shù)設(shè)置以及未編程的時候總線進(jìn)行啟動，并通過辨認(rèn)主站地址的方式來建立相應(yīng)的令牌環(huán)對總線進(jìn)行訪問控制，以及把主站地址存放在活動主站表 (記錄系統(tǒng)中所有主站地址 )中。就總線訪問的控制方式而言，在 DP系統(tǒng)中所允許的配置有純主．主系統(tǒng)、純主 從系統(tǒng)和 24 混合系統(tǒng)。 PROFIBUSDP 系統(tǒng)的總線訪問控制 要使 PROFIBUS． DP系統(tǒng)具有總線訪問控制的功能則必須要滿足兩個條件：一是在預(yù)先設(shè)定好的時間范圍內(nèi)，要能夠使總線主站的節(jié)點(diǎn)獲得機(jī)會去處理其所進(jìn)行的通信任務(wù)；二是要以盡可能少的 協(xié)議去快速的處理主從間的數(shù)據(jù) [23] [30]。 2類主站的功能多于 l類主站的功能，當(dāng)它與 l類主站連接通信的時候，可以讀取網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的輸入與輸出的數(shù)據(jù)，并能夠根據(jù)系統(tǒng)的需要分配心的總線地址，目前可以做為 2類主站的設(shè)備主要有以 PC作為其硬件平臺的 2類 DP主站和各類操作員面板 /觸摸屏 (OP/TP)?？梢宰鰹?1類主站的設(shè)備有類似帶 DP接口的如 CPU315— 2DP和 CPU313C2DP等PLC；在未帶有 DP接口的 PLC上面配置能夠處理通信的硬件等 具有 DP主站功能設(shè)備；遠(yuǎn)程工作站模塊 (如 ET200/ET200M) [25] [29]。 (1)1類主站 23 1類主站 (簡稱 DPMI)是 PROFIBUSDP系統(tǒng)的中央控制單元， DPM1具有 對總線的數(shù)據(jù)進(jìn)行通信的管理以及對其進(jìn)行相應(yīng)的控制，還可以循環(huán)地與分布式的站 (如從站 )在預(yù)先設(shè)定好的定的周期內(nèi)交換數(shù)據(jù)信息。 PROFIBUSDP 系統(tǒng)組成 PROFIBUS— DP系統(tǒng)的設(shè)備由主站 (包括 l類主站和 2類主站的主動站 )和從站 (被動站 )兩部分組成，主 /從站可選用的地址為 ，并以統(tǒng)一的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的編制。 圖 38 PROFIBUS插頭的連接和設(shè)置 PROFIBUSDP 系統(tǒng)的總線訪問控制 本文根據(jù)所述的紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能要求，采用三層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，在該類系統(tǒng)中，控制裝置完成控制系統(tǒng)的基本控制運(yùn)算，并實(shí)現(xiàn)下層的協(xié)調(diào)和控制功能。終端電阻設(shè)置在 PROFIBUS插頭上，可根據(jù)需要接入 (On)和切除 (Off)，當(dāng)需要中斷出線端口“ Out”后面的網(wǎng)段的信號時，把終端的電阻設(shè)置為“ On”即可。 RS485串行通信傳輸?shù)幕咎匦匀绫?2所示 ： 21 接收發(fā)送 圖 36差分平衡電路 表 32 RS485傳輸技術(shù)的基本特性 名稱 特性 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)? 介質(zhì) 站點(diǎn)數(shù) 插頭連接器 線性總線，兩端需設(shè)置有緣的總線終端電阻。 RS485的差分平衡電路如圖 36所示， A導(dǎo)線上的電壓與 B導(dǎo)線上的電壓方向相反大小相等，兩導(dǎo)線的差值為接收器的輸入電壓 [24]。 RS485 串行通信接口 在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中， RS485串行通信接口主要應(yīng)用于 DP和 FMS的數(shù)據(jù)傳輸，由于紙機(jī)現(xiàn)場的設(shè)備與工控機(jī)的距離往往較遠(yuǎn)，而 RS一 232C通信距離又較近，所以采用RS485串行通信接口。 表 31最大段長度與波特率的關(guān)系 波特率 （ kbit/s） 500 1500 12020 20 段長度 /m （ A型電纜） 1200 1200 1200 1000 400 200 100 段長度 /m （ B型電纜） 1200 1200 1200 600 200 光纖的傳輸 一般情況下，在工業(yè)現(xiàn)場比較惡劣而又對電磁干擾要求相對較高且通信數(shù)據(jù)傳輸率也比較高的場合往往使用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸， PROFIBUS系統(tǒng)在使用光纖進(jìn)行時數(shù)據(jù)傳輸?shù)目梢砸罁?jù)實(shí)際現(xiàn)場情況設(shè)計成星形或環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)。 PROFIBUSDP的協(xié)議結(jié)構(gòu)根據(jù) IEEE802標(biāo)準(zhǔn)委員會制定局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)工業(yè)上 19 的實(shí)際需求省略了 OSI模型的第 3— 6層，建立了僅含有第 l層、第 2層和應(yīng)用層的通訊參考模型 (如圖 35所示 )，該參考模型的第 l層依據(jù) RS485通訊數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，對其所要傳輸?shù)拿浇?、通信雙方的物理連接及其設(shè)備的電氣 特性做了相應(yīng)的規(guī)定；該模型的第二層定義為 PROFIBUS的數(shù)據(jù)鏈路層 (FDL)，該層所包含的 PROFIBUS數(shù)據(jù)鏈路控制 (FLC)具有對用戶層可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的延時緩存以及對所提供的服務(wù)存取點(diǎn)實(shí)施管理，第 l層和第 2層所共同開設(shè)的 PROFIBUS管理 (FMAl/2)可以對第 2層設(shè)定總線的參數(shù)，并且可以把這兩層出現(xiàn)錯誤的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。為了將過程對象轉(zhuǎn)換為通信對象，在第 7層的上層開發(fā)了應(yīng)用層接口 ALI。在低層接口中可以依據(jù)需要選擇主 /主或主 /從連接等不同的類型，并且可以針對數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)或非循環(huán)的交換。 FLC對服務(wù)站點(diǎn) (SAP)的管理和低層接口提供相關(guān) 的緩沖器，并對有效的低層接口 LLI第 2層服務(wù)進(jìn)行規(guī)定； FMAl/2負(fù)責(zé)完成設(shè)定第 1層 PHY和第 2層 MAC的特定總線參數(shù)： FLC和 LLI之間的服務(wù)訪問點(diǎn)只有通過第2層的 FMAI／ 2子層才能進(jìn)行相應(yīng)的激活或撤銷，與應(yīng)用層所對應(yīng)的更高子層 (FMA7)則接受第 l、 2層可能出現(xiàn)的錯誤事件。 第 2層可分為媒體存取控制子層 (MAC)和現(xiàn)場總線鏈路控制子層 (FLC)以及現(xiàn)場總線 18 管理子層 (FMA)。PROFIBUS通過采用差分電壓輸出的 RS485實(shí)現(xiàn)電流連接， PROFIBUSDP與 FMS的物理層采用 RS485傳輸技術(shù)，傳輸距離與傳輸速率有關(guān)，傳輸速率 ． 12Mbps，傳輸距離為 1001200m。 PROFIBUSFMS側(cè)重于車間級的通信，完成 PLC與計算機(jī) PC之間的通信，因此，其實(shí)時性要求比 PFOFIBUSDP和 PA要低，但信息的管理功能較強(qiáng) [17]。 PROFIBUSPA側(cè)重于過程自動化，使用總線供電的傳輸技術(shù)和通信協(xié)議， 是 PROFIBUSDP在現(xiàn)場級通信的擴(kuò)展，并采用PROFIBUSDP基本功能實(shí)現(xiàn)實(shí)時過程數(shù)據(jù)的傳輸。 PROFIBUS是 IEC61158類型為 3的過程現(xiàn)場總線，它把數(shù)字自動化設(shè)備從底層 (傳感器/執(zhí)行器 )與中間執(zhí)行級 (單元級 )進(jìn)行分散，并可以對通信協(xié)議按照具體的工業(yè)應(yīng)用 領(lǐng)域進(jìn)行優(yōu)化，所以該協(xié)議的實(shí)現(xiàn)不需要復(fù)雜的通信接口。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)的開放系統(tǒng)互連 (OSI)協(xié)議，是為計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)而制定的 7層參考模型，只要網(wǎng)絡(luò)中索要處理的要素是通過共同的路徑進(jìn)行通信，則該參考模型就適用于任何網(wǎng)絡(luò) [22]。 PROFIBUS的通信模型 PROFIBUS的通信模型 其結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、所執(zhí)行的協(xié)議具有易學(xué)易用易普及的優(yōu)點(diǎn)，同時又能滿足各種工業(yè)控制系統(tǒng)的要求，其性價比較高。 (5)分散控制采用 :該技術(shù)可以使整體控制系統(tǒng)分散為若干個子系統(tǒng)去單獨(dú)控制，其信號的 輸入、輸出、控制功能模塊置入現(xiàn)場設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場的實(shí)際控制?？苫Q性，具體是設(shè)備雖然由不同廠商制造，但設(shè)備的功能可以由其他生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的且具備相同功能的同類設(shè)備相互換；可互操作性具體是即使設(shè)備由不同廠商提供，但在各自的廠商操作環(huán)境中可以順利實(shí)現(xiàn)其功能，并且相互之間可以通信。 (2)智能化 :由于工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備采用了現(xiàn)場總線的控制網(wǎng)絡(luò)，就可以把控制系統(tǒng)所需的各種信號以數(shù)字的方式傳送到控制室，并且在現(xiàn)場就可以完成相應(yīng)的功能操作，還可以提供更加豐富的生產(chǎn)過程信息，除傳輸測量控制的狀態(tài)與數(shù)值信息外，還可提供參數(shù)調(diào)整、故障診斷、閥門開關(guān)的動作次數(shù)等信息，提高了系統(tǒng)的智能化操作水平。主站能夠控制總線，多主站時通過令牌的傳遞來決定哪個主站享有控制權(quán)，從站一般為傳感器、變送器、驅(qū)動器等 。 ProfibusDP是一種可以替代 DC24V或 ，其數(shù)據(jù)通信率高且成本低， 主要應(yīng)用于工業(yè) 現(xiàn)場設(shè)備層的控制系統(tǒng)和車間級及以上的 I/O的數(shù) 15 據(jù)通信傳輸；帶有本征安全規(guī)范特性的 ProfibusPA，是為過程自動化專門設(shè)計的，并且執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器位于同一根總線上； ProfibusFMS是一種具有令牌功能結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，具有較強(qiáng)的實(shí)時性，其主要應(yīng)用在整個控制系統(tǒng)的車間級層 [20]。 PROFIBUS通信主要用于將工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備層數(shù)據(jù)傳送到車間級和工廠管理級以實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化 的實(shí)時監(jiān)控和操作，其傳輸速率可在 ～ 12MB/s間選擇?，F(xiàn)場總線的通信結(jié)構(gòu)簡單、傳輸高且穩(wěn)定，非常適合應(yīng)用于 PLC與現(xiàn)場分散的 I/O設(shè)備之間的通信 [17]。 本章小結(jié) 本章首先從紙機(jī)的干、濕兩大部分重點(diǎn)介紹并分析了其生產(chǎn)的工藝流程，給出了紙機(jī)的生產(chǎn)能力、功率的計算公式與方法，并結(jié)合實(shí)際中的具體項(xiàng)目得出了紙機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)及其主傳動部分參數(shù)，最后綜合紙機(jī)的工藝、技術(shù)條件、發(fā)展的趨勢方向等總結(jié)出紙機(jī)對電氣傳動控制系統(tǒng)的要求，為后文的研究設(shè)計及應(yīng)用指明了方向。 (5)據(jù)日本工業(yè)界權(quán)威人士認(rèn)為，產(chǎn)品的可靠性是未來世界市場競爭的焦點(diǎn)，如果可靠性能夠提高 1％，那么即使成本提高 10％也是劃算的。在紙機(jī)正常生產(chǎn)一段時間后，需要對其進(jìn)行整機(jī)檢查及清洗毛氈的情況，所以需要對其各分部的爬行速度設(shè)置為 可調(diào)的范圍為 1525m/min[10]。 表 23紙機(jī)各分部的速比 分部名稱 紙機(jī)的 速比（單位： %）